EP1340610A1 - Method for producing composite parts with locally reduced thickness - Google Patents
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- B29C70/06—Fibrous reinforcements only
- B29C70/08—Fibrous reinforcements only comprising combinations of different forms of fibrous reinforcements incorporated in matrix material, forming one or more layers, and with or without non-reinforced layers
Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de pièces en matériau composite polyester comme, par exemple, des pièces de carrosseries de véhicules automobiles.The present invention relates to a method for manufacturing parts made of polyester composite material such as, for example, parts motor vehicle bodies.
Les pièces en matériau composite polyester de type SMC (sheet molding compound) sont de plus en plus utilisées en remplacement de pièces métalliques dans la fabrication de tous types d'équipements du fait de leur faible coût de fabrication, de leur absence de corrosion et de leur résistance aux chocs notamment.SMC type polyester composite parts (sheet molding compound) are increasingly used as a replacement for metal parts in the manufacture of all types of equipment due to their low manufacturing cost, their absence of corrosion and their impact resistance in particular.
En particulier, dans le domaine automobile, ces pièces formées classiquement dans un moule par compression à chaud d'une résine polyester renforcée par des fibres de diverses natures trouvent application dans la réalisation de tout type d'éléments de carrosserie tels que pare-chocs, portes, capots ou toit par exemple. Or, ces éléments subissent en général, après cette étape de moulage et avant leur montage sur un véhicule automobile, des opérations d'usinage traditionnels tels que des perçages pour la fixation de pièces mécaniques annexes. Ainsi, par exemple, les portes doivent recevoir des charnières métalliques ou encore une serrure, et les pare-chocs des axes d'articulation ou de fixation. Malheureusement, ces inserts métalliques sont en général conçus de façon standard pour un montage sur des pièces de carrosserie en tôle métallique dont l'épaisseur est inférieure à 1 mm alors que les pièces en matériau composite de véhicule automobile présentent une épaisseur égale ou supérieure à 2 mm pour conserver un bel aspect externe et des propriétés mécaniques optimales. In particular, in the automotive field, these formed parts conventionally in a mold by hot compression of a resin polyester reinforced with fibers of various natures find application in the production of all types of bodywork elements such as bumpers, doors, hoods or roof for example. However, these elements undergo in general, after this molding step and before mounting on a motor vehicle, traditional machining operations such as holes for fixing additional mechanical parts. So by example, doors must have metal hinges or a lock, and the bumpers of the hinge or fixing pins. Unfortunately, these metal inserts are generally designed so standard for mounting on sheet metal body parts whose thickness is less than 1 mm while the pieces of material motor vehicle composite have an equal thickness or greater than 2 mm to maintain a beautiful external appearance and properties optimal mechanics.
La présente invention a donc pour objet un procédé de fabrication de pièces en matériau composite polyester qui permet de réduire localement l'épaisseur de ces pièces afin d'autoriser le montage d'inserts métalliques standards. Un but de l'invention est aussi de réaliser un procédé qui conserve voire renforce les propriétés mécaniques en rigidité de la pièce d'origine dans la zone locale de réduction d'épaisseur. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé qui facilite ensuite l'intégration d'inserts mécaniques au niveau de cette zone locale d'épaisseur réduite. Encore un but de l'invention est de mettre au point un procédé de fabrication simple, peu coûteux et particulièrement adapté à la fabrication d'équipements industriels et en particulier de pièces de carrosseries de véhicules automobiles.The present invention therefore relates to a manufacturing process parts made of polyester composite material which reduces locally the thickness of these parts in order to allow the fitting of inserts standard metal. An object of the invention is also to provide a process which retains or even strengthens the mechanical properties in rigidity of the original part in the local thickness reduction zone. Another object of the invention is to provide a method which then facilitates the integration of mechanical inserts in this local area reduced thickness. Another object of the invention is to develop a simple manufacturing process, inexpensive and particularly suitable for manufacture of industrial equipment and in particular parts of motor vehicle bodies.
Ces buts sont atteints par un procédé de fabrication de pièces en matériau composite dans lequel on introduit tout d'abord dans une zone déterminée d'une première partie de moule formant poinçon une préforme de renfort, puis on dépose ensuite dans cette première partie de moule des flancs de matériau composite d'une surface et d'une épaisseur initiales déterminées, et on recouvre la première partie de moule par une seconde partie de moule formant matrice, cette seconde partie de moule comportant dans une zone localisée en regard de ladite zone déterminée une surépaisseur interne apte à former une cavité de forme complémentaire dans la pièce finale obtenue après compression à chaud des deux parties de moule, ladite pièce finale présentant une réduction d'épaisseur au niveau de ladite zone localisée.These aims are achieved by a process for manufacturing parts in composite material which is first introduced into an area determined from a first mold part forming a preform punch reinforcement, then it is deposited in this first part of the mold sides of composite material with an initial surface and thickness determined, and the first part of the mold is covered with a second part of mold forming matrix, this second part of mold comprising in a zone located opposite said determined zone an internal allowance able to form a shaped cavity complementary in the final part obtained after hot compression of the two mold parts, said final part having a reduction thick at said localized area.
La surface et l'épaisseur initiales des flancs en matériau composite sont déterminées de façon à entraíner un surmoulage partiel ou total de la préforme de renfort par fluage de ces flancs lors de la compression à chaud. The initial surface and thickness of the composite material sidewalls are determined so as to cause a partial or total overmolding of the reinforcement preform by creep of these flanks during compression at hot.
Avantageusement, la préforme de renfort est préalablement recouverte d'un primaire d'accrochage pour améliorer l'adhérence du matériau composite sur cette préforme de renfort lors du fluage des flancs.Advantageously, the reinforcing preform is previously covered with a bonding primer to improve the adhesion of the composite material on this reinforcement preform during creep of flanks.
La zone localisée de réduction d'épaisseur a une surface inférieure à celle de ladite zone déterminée de réception de la préforme de renfort et le matériau composite est un matériau composite polyester, de préférence du type SMC LP (Sheet Molding Compound Low Profile).The local thickness reduction area has a lower surface to that of said determined zone for receiving the reinforcing preform and the composite material is a polyester composite material, preferably SMC LP (Sheet Molding Compound Low Profile) type.
Selon le mode de réalisation envisagé, la préforme de renfort peut être constituée soit d'un matériau composite, de préférence un tissu pré-imprégné à base de fibres de verre ou de carbone, dont les propriétés mécaniques de rigidité sont supérieures à celles desdits flancs de matériau composite, soit d'un matériau métallique dont les propriétés mécaniques de rigidité sont supérieures à celles desdits flancs de matériau composite.Depending on the embodiment envisaged, the reinforcing preform can be made of either a composite material, preferably a prepreg fabric based on glass or carbon fibers, the properties of which mechanical stiffness are greater than those of said material flanks composite, either of a metallic material whose mechanical properties stiffness are greater than those of said sides of composite material.
La présente invention concerne également les pièces en matériau composite de structure hybride obtenues par le procédé précité.The present invention also relates to parts made of material composite of hybrid structure obtained by the aforementioned process.
Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre la première étape du procédé de fabrication selon l'invention d'un matériau support de type SMC présentant une réduction locale d'épaisseur,
- la figure 2 illustre la deuxième étape du procédé de fabrication selon l'invention d'un matériau support de type SMC présentant une réduction locale d'épaisseur,
- la figure 3 illustre la troisième étape du procédé de fabrication selon l'invention d'un matériau support de type SMC présentant une réduction locale d'épaisseur,
- la figure 4 montre la structure finale du matériau issu du procédé de fabrication des figures 1 à 3, et
- la figure 5 montre la structure de matériau de la figure 4 après détourage et montage d'un insert métallique.
- FIG. 1 illustrates the first step of the manufacturing process according to the invention of a support material of SMC type having a local reduction in thickness,
- FIG. 2 illustrates the second step of the manufacturing process according to the invention of a support material of SMC type having a local reduction in thickness,
- FIG. 3 illustrates the third step of the manufacturing process according to the invention of a support material of SMC type having a local reduction in thickness,
- FIG. 4 shows the final structure of the material resulting from the manufacturing process of FIGS. 1 to 3, and
- Figure 5 shows the material structure of Figure 4 after trimming and mounting of a metal insert.
Le matériau support auquel est appliqué le procédé de fabrication de l'invention est un matériau composite polyester qui se présente sous la forme d'un matériau moulé en plaques (SMC sheet molding compound). Dans cette catégorie, on s'intéressera plus particulièrement au SMC LP (sheet molding compound low profile) qui présente l'avantage de comporter un bon aspect de surface à l'issue de son processus de fabrication par compression à chaud, même si, comme tous les matériaux composites moulés, il présente naturellement dans sa structure et au niveau de sa surface des porosités (micro-pores) pouvant renfermer des résidus gazeux de ce processus qui sont une source potentielle de dégazage (notamment en cas de réchauffage ultérieur du support).The support material to which the manufacturing process is applied of the invention is a polyester composite material which is presented under the form of a material molded into plates (SMC sheet molding compound). In this category, we will focus more specifically on SMC LP (sheet molding compound low profile) which has the advantage of have a good surface appearance at the end of its hot compression manufacturing, even if, like all materials molded composites, it naturally presents in its structure and level of its surface of the porosities (micro-pores) which may contain gaseous residues from this process which are a potential source of degassing (especially in the event of subsequent reheating of the support).
Ces matériaux composites sont utilisés dans tous types d'industrie pour la fabrication d'équipements les plus divers. Dans le domaine automobile, ils trouvent particulièrement application pour la réalisation de pièces dont la surface est égale ou supérieure à 0.5m2 telles que pare-chocs, portes, capots ou toits de véhicules où ils remplacent avantageusement les pièces métalliques antérieures.These composite materials are used in all types of industry for the manufacture of the most diverse equipment. In the automotive field, they find particular application for the production of parts whose surface is equal to or greater than 0.5 m 2 such as bumpers, doors, hoods or roofs of vehicles where they advantageously replace the previous metal parts.
Or, ces pièces de carrosserie automobile, dont l'épaisseur moyenne est égale ou supérieure à 2 mm, typiquement 2.3 mm, doivent recevoir des inserts métalliques standard conçus pour des pièces de carrosserie en tôle métallique dont l'épaisseur est inférieure à 1 mm, typiquement de 0.7 à 0.9 mm.Now, these auto body parts, whose average thickness is 2 mm or more, typically 2.3 mm, must receive standard metal inserts designed for body parts in sheet metal whose thickness is less than 1 mm, typically 0.7 at 0.9 mm.
Le procédé de fabrication de pièces en matériau composite selon l'invention, explicité en regard des figures 1 à 5, a donc pour objet de réaliser des pièces en matériau composite présentant une réduction locale d'épaisseur tout en conservant voire améliorant à ce niveau la rigidité initiale de la pièce d'origine.The process for manufacturing parts of composite material according to the invention, explained with reference to Figures 1 to 5, therefore aims to make composite material parts with local reduction thick while maintaining or even improving rigidity at this level original part.
La première étape de procédé (figure 1) consiste à introduire dans
une première partie de moule 10 formant poinçon, au niveau d'une zone
déterminée A où l'on désire obtenir une réduction d'épaisseur de la pièce
finale en SMC, une préforme de renfort 20 dont les propriétés mécaniques
de rigidité sont supérieures à celle de la pièce en SMC. Cette structure de
renfort peut être une structure en composite de type SMC haute
performance, un tissu pré-imprégné à base de fibres de verre ou de
carbone (par exemple un époxy-carbone), ou une structure métallique en
acier, inox ou aluminium par exemple. Selon le type de structure de la
préforme de renfort, composite ou métallique, et notamment s'il s'agit
d'une structure métallique, celle-ci peut être recouverte d'un primaire
d'accrochage 22.The first process step (Figure 1) consists of introducing into
a
Une fois la préforme de renfort en place dans le moule, il est
procédé dans la seconde étape illustrée à la figure 2, à l'introduction, dans
la première partie de moule 10, de flancs de SMC 30B, 30C de part et
d'autre de la préforme de renfort 20. Les dimensions de ces flancs, et
notamment leur surface et leur épaisseur, sont déterminées de façon
qu'une fois le moule fermé (voir étape suivante) et la compression à
chaud réalisée, la structure finale obtenue épouse pleinement les formes
internes du moule pour une épaisseur finale déterminée.Once the reinforcement preform is in place in the mold, it is
process in the second step illustrated in Figure 2, at the introduction, in
the first part of
La troisième étape (figure 3) est l'étape de fermeture du moule par
une seconde partie de moule 40 formant matrice qui vient coopérer avec
le poinçon 10 et donc recouvrir les flancs 30B, 30C ainsi que la préforme
de renfort 20 disposés préalablement dans cette première partie de moule
10. On notera, aux extrémités du moule (et donc hors de sa partie utile),
les passages 50 destinés à laisser s'évacuer la matière ayant fluée en
excès. La seconde partie de moule présente une partie interne en
surépaisseur 40A en regard de la zone A dont la forme en relief est
destinée à créer la zone locale de réduction d'épaisseur. The third step (Figure 3) is the step of closing the mold by
a
La fermeture du moule entraíne, sous l'effet de la pression et de la
température mise en jeu, un fluage des flancs en SMC 30B, 30C qui vont
venir surmouler partiellement ou totalement la préforme de renfort 20 et
former par liaison physico-chimique une bande de SMC 30A adhérant
parfaitement, sans aucun collage ou assemblage, à cette préforme de
renfort. Eventuellement, comme explicité précédemment, l'adhérence du
matériau composite SMC peut être améliorée par l'adjonction du primaire
d'accrochage 22 sur la préforme de renfort.Closing the mold results, under the effect of pressure and
temperature involved, a creep of the flanks in
A la fin du cycle de fabrication, le SMC durcit et le moule peut être
ouvert. La structure finale obtenue est illustrée à la figure 4. C'est une
structure hybride 20-30, de préférence 100% composite lorsque le renfort
20 est lui-même en composite, avec une cavité 30D dont la forme
correspond exactement en complément (en creux) à la partie en
surépaisseur ou relief interne 40A de la seconde partie de moule 40 et un
excédant de matière 60 (en l'espèce en forme de jupe) qu'il conviendra
ensuite d'éliminer par détourage et ébavurage. La zone locale de réduction
d'épaisseur correspondant à cette cavité a de préférence une surface
inférieure à celle de la zone A de réception de la préforme de renfort.At the end of the manufacturing cycle, the SMC hardens and the mold can be
open. The final structure obtained is illustrated in Figure 4. It is a
20-30 hybrid structure, preferably 100% composite when the
La structure hybride finale, illustrée à la figure 5, présente l'intérêt
de conserver les propriétés mécaniques du SMC initial tout en permettant
ensuite l'insertion et l'assemblage de dispositifs mécaniques ayant une
épaisseur prédéfinie, par exemple une charnière métallique de porte 70
montée sur une porte 30 par l'intermédiaire de moyens de liaison 80
traversant la préforme de renfort 20.The final hybrid structure, illustrated in Figure 5, is of interest
maintain the mechanical properties of the original SMC while allowing
then the insertion and assembly of mechanical devices having a
predefined thickness, for example a
Avec la nouvelle technologie de l'invention, il devient possible de réduire l'épaisseur d'une pièce SMC à moins de 1 mm (l'épaisseur moyenne d'une pièce SMC de carrosserie automobile étant égale ou supérieure à 2 mm, typiquement 2.3 mm) sans en affecter les propriétés mécaniques et ceci quelle que soit la géométrie de la pièce (qui ne dépend que de celle du moule). Elle permet également le renforcement structural des pièces par surmoulage local. Les conditions de pression et de température du procédé traditionnel de compression à chaud sont en outre conservées.With the new technology of the invention, it becomes possible to reduce the thickness of an SMC part to less than 1 mm (the thickness average of an SMC auto body part being equal to or greater than 2 mm, typically 2.3 mm) without affecting its properties mechanical and this whatever the geometry of the part (which does not depend than that of the mold). It also allows structural reinforcement parts by local overmolding. The pressure and temperature of the traditional hot compression process are in besides preserved.
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FR0202531 | 2002-02-28 | ||
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